水温——循环水流量串级控制系统的研究与设计

　　摘 要：论述了模拟锅炉内胆水温与循环水流量构成的串级控制系统的研究过程。本次设计以THSA-1型过程综合自动化控制系统实验台及其实验装置为平台，采用AI808P智能仪表对温度——流量串级控制系统进行控制，并通过MCGS组态软件进行上位机监控，说明了主副调节器参数改变对系统性能的影响、阶跃扰动作用于副对象和主对象时对系统的影响。?
　　关键词：水温；循环水流量；串级控制；智能仪表控制；MCGS ?
　　
　　在一些工业过程控制如冶炼、钢铁、化工等工业生产中，水温与水流量是非常重要的控制因素，而温度因滞后性比较强，所以控制起来比较困难。?
　　本文是以实验室的THSA-1型高级过程控制系统实验装置为平台，以模拟锅炉内胆水温与循环水流量构成的串级控制系统为研究对象。建立一个基本的计算机控制软硬件平台，采用智能仪表对锅炉水温与循环水流量构成的串级系统进行控制，并用MCGS组态软件建立组态界面在计算机上运行实现组态监控。?
　　
　　1 系统组成?
　　
　　采用PLC为控制器，在进行A/D、D/A转换和LED显示时存在较多难题，内部编程较为复杂，价格昂贵等；采用智能仪表控制则不同，AI808P智能仪表作为控制器它包括报警，显示及控制功能，使用较方便，价格适中，可根据现场情况实时改变内部参数对系统进行控制。采用智能仪表对锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统进行控制。?
　　
　　2 系统硬件设计?
　　
　　2.1 智能仪表机AI808P智能调节器?
　　对系统所需的硬件进行选择要根据系统控制框图结合THSA综合自动化过程控制平台提供的硬件模块来进行。智能仪表选择THSA-1型实验平台提供的AI808P智能仪表。AI808P智能调节器具有模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法。在误差大时，运用模糊法进行调节，以消除PID饱和积分现象；当误差减小时，采用改进后的PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。其具有无超调、高精度、参数确定简单，对复杂对象也能获得较好控制效果等特点。其整体调节效果比一般的PID算法更明显。?
　　本文设计应用3块AI-808P型智能仪表，与THSA-1型过程控制自动化控制系统实验平台上的三相SCR移相调压装置、流量变送器（FT1）、铂电阻（TT1锅炉）、三相磁力泵（380V）、三相/单相电源输出、电动调节阀模块连接组成锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统。?
　　2.2 智能仪表RS485通信?
　　智能仪表RS485通信要考虑到（1）共模干扰问题：RS-485接口采用差分方式传输信号方式，系统只需检测两线之间的电位差来检测信号。但收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有满足这个条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。（2）EMI问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，若没有一个低阻的返回通道（信号地），则以辐射的形式返回源端。?
　　2.3 数据通信?
　　本文计算机控制系统数据采集和控制信号输出经过数据通信线，AI调节器与PC机的通信是系统正常运行的基础。AI调节器与PC机的通信是通过设备窗口的组态实现的。本文具体做法是：在设备窗口中添加串口通信父设备，在串口通信父设备下挂一个AI-808仪表设备构件；然后，根据实际应用情况分别进行基本属性和通道连接的组态。基本属性中各参数的正确设置，能保证仪表和计算机通信的正常进行。设置通道连接是为了向实时数据库提供从AI调节器等外部设备采集到的数据。?
　　　2.4 仪表数据的读写?
　　计算机要获得AI调节器采集到的数据，一部分可以通过设置通道连接直接获得，其余的则需要执行读操作设备命令Read（Cmd，PV，SV，OP，Dat）。该命令读取仪表的测量值、给定值、输出值和Dat值。其中，Cmd为参数代号，变量PV存储读取到的仪表的测量值，变量SV存储读取到的仪表的给定值，变量OP存储读取到的仪表的输出值，变量Dat存储参数代号Cmd代表的仪表参数值。经计算机中的控制算法计算得到的控制信号要发送给AI调节器，需要执行写操作设备命令Write（Cmd，Dat）。Cmd为仪表参数代号，Dat为保存写入的数据的变量，该命令把Dat变量中的数据写入到Cmd所代表的仪表参数中。?